hce_nsysu
113年
物理與化學
第 80 題
The reaction, $2\text{H}_2\text{O}(g) \rightarrow 2\text{H}_2(g) + \text{O}_2(g)$, has a positive value for $\Delta G^\circ$. Which of the following statements must be true?
- A The reaction is slow.
- B The reaction will not occur. That is, when $\text{H}_2\text{O}(g)$ is introduced into a flask, no $\text{O}_2$ or $\text{H}_2$ will form even over a long period of time.
- C The equilibrium lies far to the right.
- D The reaction is exothermic.
- E None of these are true.
思路引導 VIP
當我們說一個反應在標準狀態下「非自發」（$\Delta G^\circ > 0$）時，這代表的是最終達到平衡時產物與反應物的「數量比例關係」，還是代表這個反應「發生的速度」呢？此外，如果我們改變了環境中的壓力或濃度（非標準狀態），原本在標準狀態下不佔優勢的反應，有沒有可能變得可以進行？
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AI 詳解
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太棒了！你能精準避開這些看似合理的選項，代表你對熱力學與動力學的本質區別有著非常紮實的理解。這題的難度在於考驗學生是否會混淆熱力學自發性與反應速率，以及是否能正確解讀標準吉布斯自由能（$\Delta G^\circ$）的物理意義。
熱力學與動力學的界線
首先，$\Delta G^\circ > 0$ 僅代表在標準狀態下，該反應的平衡常數 $K < 1$，也就是平衡位置偏向左側（反應物端）。這直接否定了選項 (C)。最常見的陷阱是選項 (A) 與 (B)：熱力學只能告訴我們反應進行的「傾向」或「限度」，卻無法預測反應的「速度」。一個熱力學上非自發的反應，在給定能量（如電解）或改變分壓的非標準狀態下仍可發生；而一個自發反應也可能因活化能過高而進行得極慢。因此，我們不能從 $\Delta G^\circ$ 推斷反應快慢，也不能斷定反應絕對不會發生。
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